Micropunching lithographie pour la génération de micro-et submicronique des motifs sur des substrats polymères

L’objectif global de ce travail est de générer des motifs micro et submicroniques sur les faces latérales supérieures et inférieures d’un substrat polymère pour diverses applications. Ceci est accompli en enduisant d’abord les couches de polymère intermédiaires et cibles sur une surface rigide. Ensuite, des structures de moule à bords tranchants et arrondis sont fabriquées et utilisées pour gaufrer le substrat au-dessus de la température de transition vitreuse du polymère intermédiaire, qui est inférieure à la température de fusion du polymère cible.

Une fois le substrat refroidi, le moule est retiré et des motifs micro et submicroniques sont révélés sur les surfaces des substrats polymères. Les applications biomédicales de la lithographie par micro-poinçonnage sont les premières. Les microbiomes PPY générés par l’opération de coupe sont utilisés pour la détection du glucose.

Deuxièmement, les canaux HDP générés par dessin peuvent être utilisés comme canaux microfluidiques à l’intérieur de dispositifs à puce labon pour réduire la friction de l’écoulement des fluides. Dans ce procédé, un substrat de silicone, qui est recouvert d’un polymère intermédiaire et d’un matériau à imprimer, est chauffé au-dessus de la température de transition vitreuse du polymère intermédiaire et au-dessous de la température de fusion ou de transition du matériau ciblé. Ensuite, le moule et le substrat sont mis en contact physique sous haute pression, suivi d’un refroidissement ultérieur.

Enfin, ils sont séparés lorsque leurs températures descendent en dessous de la température de transition du polymère intermédiaire, complétant ainsi le transfert du motif du moule à la couche ciblée. Pour cette procédure, des moules en silicone fabriqués aux dimensions requises doivent être préparés à l’aide de la lithographie UV conventionnelle. Préparez la couche intermédiaire en sélectionnant une feuille de PMMA non conductrice et placez-la sur un substrat plat rigide.

Un seul polymère conducteur peut maintenant être revêtu de manière conventionnelle sur le polymère intermédiaire. De plus, plusieurs matériaux polymères conducteurs couvrent la zone autour de la première couche de polymère conducteur avec du ruban adhésif. En collant et en tournant le revêtement, plusieurs couches peuvent être enduites aux endroits souhaités sur le substrat.

Ensuite, gaufrez le substrat à l’aide d’une machine à gaufrer à chaud pendant quelques minutes et démoulez le substrat entre 80 et 95 degrés Celsius à 1,5 millimètre par minute. Dans ce procédé, la couche supérieure est remplacée par une combinaison de deux et trois polymères ou couches métalliques respectivement, pour générer des microstructures multicouches. La fabrication d’hétérojonctions, de diodes et de condensateurs est passée en revue.

Afin de générer une couche d’hétérojonction PPY pdot à deux couches, une couche pdot de 10 micromètres d’épaisseur sur la feuille de PMMA. Ensuite, faites cuire le substrat à 80 degrés Celsius pendant une heure. Poursuivez la cuisson avec un revêtement par rotation d’un film PPY d’un micromètre d’épaisseur à obtenir sur la couche de pdot et faites cuire le support pendant cinq minutes.

Pour générer des diodes pdot en aluminium à deux couches, appliquez une couche pdot de 10 micromètres d’épaisseur sur la feuille de PMMA et faites cuire le substrat pendant une heure. Utilisez ensuite l’évaporation thermique pour enduire un film d’aluminium de 200 nanomètres d’épaisseur sur la couche de pdot. Le substrat doit être placé face vers le bas et la pression de la chambre doit être réglée sur cinq micro-tours dans l’évaporateur, une haute tension évapore les granulés d’aluminium.

Surveillez le moniteur d’épaisseur de quartz jusqu’à ce que 200 nanomètres soient atteints. Ensuite, coupez la tension à zéro et ventilez la chambre avant de retirer l’échantillon. Pour générer des condensateurs pdot à trois couches, PMMA pdot.

Spinco, Une couche de pdot de 10 micromètres d’épaisseur sur la feuille de PMMA et faites le substrat pendant une heure. Ensuite, spinco à 1000 RPM plusieurs fois pour obtenir un film PMMA de 15 à 20 micromètres d’épaisseur sur la couche de pdot et cuire le support pendant 30 minutes. Une fois la couche de PMMA cuite sur la machine à étaler, appliquez une couche de PDOT de deux à trois micromètres d’épaisseur sur le film PMMA et faites cuire le substrat pendant cinq minutes pour toutes les microstructures, gaufrez le substrat à l’aide de la machine à gaufrer à chaud pendant quelques minutes, puis démoulez les microstructures à 80 à 95 degrés Celsius à 1,5 millimètre par minute.

L’opération d’étirage est similaire à la découpe, cependant, elle utilise un moule rigide à bords arrondis et un moule A-P-D-M-S. Il nécessite également une force d’insertion plus faible, une vitesse d’insertion plus faible et une température d’impression plus élevée. Commencez à fabriquer des micro-piliers PDMS en revêtant par centrifugation une couche d’épaisseur micrométrique de S 1813 sur un moule SU huit.

Le moule SU eight est généré à l’aide de la lithographie UV conventionnelle. Ensuite, appliquez une couche PDMS sur le moule SU huit revêtu de S 1813 à 1000 tr/min et faites cuire l’échantillon à 85 degrés Celsius pendant trois heures sur une plaque chauffante. Une fois la couche PDMS durcie, lavez l’échantillon avec de l’acétone pour dissoudre le S 1813 et libérer le mince film PDMS du moule SU huit.

Complétant ainsi le film PDMS formé d’un micro-pilier, placez maintenant le film PDMS formé d’un micro-pilier sur une feuille de PEHD de 1,5 millimètre d’épaisseur à imprimer. Placez un moule en aluminium aux bords arrondis sur le film PDMS et la feuille de PEHD et faites-le cuire sous pression pendant une heure. Le moule poussera ensuite le film PDMS vers le bas sur la feuille de PEHD souple.

Une fois l’échantillon refroidi à température ambiante, retirez le moule pour terminer de faire le canal sur la feuille de PEHD. Au cours du processus, une partie de ce film PDMS formé d’un micro-pilier est transférée vers le fond et les deux parois latérales du canal. En utilisant l’opération de coupe MPL, des microstructures monocouches en PPY, PDOT et SPANI ont été réalisées.

Le MEB a été utilisé pour analyser un motif de ligne droite de 300 micromètres de large et un motif de microfils serpentins de 50 micromètres de large pour tester la sensibilité à l’humidité. Un microfil PPY et un film PPY d’un centimètre carré ont tous deux été exposés à des niveaux d’humidité relative, allant de 45 % à 85 %. Le MEB a été utilisé pour examiner plusieurs microstructures multicouches, y compris un pdot PPY en forme de microligne de 300 micromètres de large, une diode pdot en aluminium à jonction hétéro et un condensateur pdot PMMA PDOT à l’aide d’une station de sonde Keithley.

Avec la couche pdot mise à la terre et un potentiel de polarisation de moins 20 volts à 20 volts appliqué à la couche PPY. Les tensions de claquage directe et inverse de l’hétérojonction PPY PDOT étaient respectivement de cinq volts et de moins huit volts. Une hétérojonction pdot en aluminium a été réalisée en mettant à la terre la couche d’aluminium et en appliquant un potentiel de polarisation de moins cinq volts à cinq volts à la couche pdot mesurée à température ambiante.

Les tensions de claquage direct et inverse étaient respectivement de trois et 2,5 volts négatives. Un condensateur PDOT pdot PMMA a été fabriqué avec la station de sonde KEITHLEY et le CV du condensateur a été mesuré à température ambiante. La capacité mesurée du condensateur à la polarisation basse fréquence était d’environ 0,06 picofarad.

Alors que la quantité théoriquement calculée était de 1,38, les micro-piliers PDMS de picofarad ont été pressés en feuilles A-H-D-P-E pour former des parois latérales de canal. L’angle de contact moyen de la gouttelette d’eau dans les canaux en PEHD était de 145,5 degrés. Les micro-piliers PDMS sont utilisés pour réduire le frottement de traînée des canaux en PEHD.

Une goutte passant sur un canal PEHD enduit d’un film A-P-D-M-S se déplace plus lentement qu’une goutte traversant un canal PEHD codé à micro-pilier A-P-D-M-S. Cela est dû à la nature super hydrophobe du canal telle que rendue par les micro-piliers PDM. Lorsque vous effectuez ces procédures, n’oubliez pas que travailler avec de la résine photosensible, conduire des polymères et des composés organiques volatils peut être dangereux, prenez toujours des précautions, telles que l’utilisation d’équipements de protection individuelle et le travail dans un endroit bien ventilé.